DE1961279A1 - Vorrichtung zur Feinstbearbeitung von umlaufenden Kurbelzapfen von Kurbelwellen - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE ' - I * / ·*

DR.-ING. VON KREISLER DR.-ING. SCHONWALD DR.-IN6. TH. MEYER DR. FUES DIPL-CHEM. ALEK VON KREISLER DIPL.-CHEM. CAROLA KELLER DR.-ING. KLOPSCH

KÖLN 1, DEICHMANNHAUS

Γ 5. Ö82. 1

S0

Bremer Vulkan Schiffbau und Maschinenfabrik, 282 Bremen-Vegesaok, Weserstraße 64-67

Vorrichtung zur IPeinstbearbeitung von umlaufenden Kurbelzapfen von Kurbelwellen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur ]?ei'nstbe arbeitung von umlaufenden Kurbelzapfen von Kurbelwellen durch mindestens ein FeinstbearbeitungB-gerät, dessen Träger an einer Halterung angeordnet und der Umlaufbewegung des Kurbelzapfens um den Lagerzapfen der Kurbelwelle naohführbar ist*

Es ist eine Vorrichtung zur ieinafbearbeitung der Kurbelzapfen von Kurbelwellen mittels eines leinstbearbeitungsgerätes mit einem Geräteträger bekannt, bei dem als Halterung für den Geräteträger eine aus zwei naoheinanderfolgenden Parallelogramm-Gestängen gebildete Parallelführung dient, an der der Geräteträger hängend' angeordnet

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Hierbei weist der Geräteträger Rollen zur Abstützung an dem Kurbelzapfen auf. !Ferner sind zwei Peinstbearbeitungsgeräte vorgesehen, die in einem verhältnismäßig großen Winkelabstand an dem zu bearbeitenden Kurbelzapfen angreifen*

Bei der Bearbeitung von Kurbelzapfen bzw* Hubzapfen von Großkurbelwellen mit einem Zapfendurchmesser über etwa 400 mm ist es besonders schwierig, eine Aohsparallelität des Hubzapfens mit dem Mittellagerzapfen zu erreichen· Die Ungenauigkeit ist darauf zurückzuführen, daß derartig große Kurbelwellen von Hubzapfen-Bearbeifc. ungsmasohinen maschinell duroh einen umlaufenden Drehstahl bearbeitet werden» während das Werkstück ruht₀ Hierbei treten aus mehreren Gründen Ungenauigkeiten auf, und zwar einerseits duroh das erforderliche Lagerspiel des Drehringes und andererseits durch das Ausrichten des Drehsupports zur Achse der Kurbelwelle, Diese Mängel führen dazu, daß die Achse des Hubzapfens nur selten mit der Achse des Mittellagerzapfens parallel verläuft^ Wenn der Hubzapf'en mit dem Mittelzapfen nicht parallel liegt, führt dies zu einem ungleichmäßigen Lagerspiel, zu einem schlechten !Dragbild des lagers und es besteht die Gefahr, daß der Kolben in der Zylinderlaufbüchse, welohe mit dem Zylinderblock rechtwinklig zur Grundplatte und 2?ur üagerbohrung der Mittellager ausgerichtet ist, einseitig anläuft» Dadurch kann sich ein erhöhter und vorzeitiger Verschleiß einstellen.

Die Korrektur, die Parallelität der Achse des Hubzapfens mit der Achse des Mittellagerzapfens herbeizuführen, d.h. die sogenannte Wasserlagenkorrektur, erfolgt, wenn sie überhaupt durchgeführt wird, durohNachbearbeiten von Hand« Dies ist nicht nur sehr umatändlioh, mühsam

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und aufwendig, sondern die Erfahrung lehrt auch, daß die Nacharbeit von Hand das Tragbild an den«lagern für die Hubzapfen und die geometrische Form des Zapfens kaum zufriedenstellend verbessert· Die Arbeit muß von Spezialisten durchgeführt werden, die es heute kaum noch gibt. Außerdem ist .man hierbei von der Geschicklichkeit der die'Nacharbeit ausübenden Person abhängige In vielen Fällen wird bei der Nacharbeit von Hand vor Erreichung der AchsParallelität der Nenndurchmesser der Kurbelwelle unterschritten und der Einbau von fertigen Austauschlagern ist nur bedingt möglich· Ferner beschränkt sich die Nacharbeit auf die Abstimmung zu dem für den Kurbelzapfen zugehörigen Lagero Dies bedeutet, daß man die Lager für die Kurbelzapfen nicht untereinander austauschen kann.

Aufgabe der Erfindung ist, die Wasserlagenkorrektur sogleich mit der Feinstbearbeitung der umlaufenden Kurbelzapfen auf mechanische Weise durchzuführen Bei einer Feinstbearbeitungsvorriohtung für den umlaufenden Kurbelzapfen von Kurbelwellen, bei der der träger an einer Halterung hängt und planparallel verschiebbar angeordnet sowie mittels Rollen an dem Kurbelzapfen abgestützt ist, zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, daß dem Feinstbearbeitungsgerät eine Schleifvorrichtung für den Kurbelzapfen zugeordnet wird, die in Abhängigkeit von einer Wasserwaage (libelle) in Parallellage zu der Achse der Kurbelwellen-Mittelzapfen steuerbar ist« Als Libelle dient vorteilhaft eine elektronische Wasserwaageο

Auf diese Weise läßt sich eine Wasserlagenkorrektur für den umlaufenden Kurbelzapfen durchführen, die zeitlioh mit der Feinstbearbeitung des umlaufenden Kurbelzapfens

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der Kurbelwelle nebenhergeht und darüberhinaus eine höchste Genauigkeit gewährleistete Man erhält ein einwandfreies !Dragbild für die Lagerflache. Der Kurbelzapfen wird während der !einstbearbeitung mit den leinetbearbeitungsgeräten in eine Aohaparallel!tat zu den Mittelzapfen der Kurbelwelle stetig übergeführt bzw, in einer solchen gehalten, während die Kurbelwelle wie im Betrieb umläuft. Dieses Bearbeitungsverfahren bei im Betriebszustand gelagerter umlaufender Kurbelwelle ist mit dem Bearbeitungsverfahren bei ruhender Kurbelwelle

m in keiner Weise vergleichbar und führt daher zu besonders hoher Fertigungsgenauigkeit. Ss ergeben sich kleinstmögliohe loleranzen an den gemäß der Erfindung bearbeiteten Kurbelzapfen, so daß die Kurbelwelle und die Lager die kleinetmögliehe Beanspruchung erfahren. Dies wiederum gewährleistet einen einwandfreien lauf und lange Lebensdauer der Kurbelwelle und damit des Dieselmotors, Motorenanlagen mit gemäß der Erfindung bearbeiteten Kurbelzapfen zeichnen sich besonders durch günstigere Betriebszeiten in Bezug auf Lager schaden und Abnutzungserscheinungen der Kurbelwelle aus. Dies führt weiterhin dazu, daß Austauschlager für die Kurbelzapfen verwendet werden können, bei denen für alle Zapfen gleiches Lager-

ψ spiel gefordert wird, was bisher bei der Nachbearbeitung von Hand nicht durchführbar war· Dadurch ergibt sich sogleich eine wirtschaftliche Einsparung. Das Lager braucht nicht mehr dem Lagerspiel speziell angepaßt zu werden, sondern man kann vorrätig gehaltene Austausohlager verwenden. Die leparatur kann auch bei im Motor eingebaut gebliebene» Kurbelwelle durchgeführt werden, wobei der Ausbau der Kurbelwelle an Bord und das Nacharbeiten in der Werkstatt entfällt· Dadurch kann die Reparatur- und Liegezeit des Schiffes weitgehend verkürzt werden.

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Die zusätzliche SchleifVorrichtung für den Kurbelzapfen ist zweckmäßig als angetriebene Schleifwalze ausgebildet und ist um eine die Walzenachse querver- ^; laufende Drehachse schwenkbar, wobei die Schwenkbarkeit durch die libelle geregelt wird» Vorteilhaft ist die Libelle in der duroh die Sohleifenwalienaohse geführten Senkrecht ebene oberhalb der querverlaufenden Schwenkachse angeordnet, was die Genauigkeit verbessert·

Zur herstellung der Schleifwalze kann mit dem die Sohleifwalze tragenden Sohwenkgestell eine Stange verbunden sein, die mittels einer von einem Schrittmotor angetriebenen und am freien Stangenende angreifenden Spindel bewegbar ist» Dadurch ergibt sich die Möglichkeit einer außerordentlich großen Peinstregulierung.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung können Sohleif-. walze, Idbelle und Schwenkvorrichtung eine Baueinheit bilden, die zu dem Geräteträger mit den Feinstbearbeitungsgeräten in Höhenrichtung verstellbar ist· Hierbei

/ kann die Baueinheit mittels eines Schrittmotors und Rollentischen zu dem Kurbelzapfen zugestellt werden*

; Jerner kann die Baueinheit am Geräteträger zwischen den längs des Kurbelzapfens verschiebbaren, die 3?einstbear~ beitungsgeräte tragenden iCransportsohlitten angeordnet

; werden· Sie nimmt deshalb keinen zusätzlichen Haum außerhalb des Geräteträgers ein, so daß die erfindungsgemäße Einrichtung sowohl in der Werkstatt als auoh bei der eingebauten Kurbelwelle benutzt werden kann«

Zur Verbesserung der Rundheit bei der Bearbeitung des Kurbelzapfene ist ferner die Anordnung der Mhrungsrollen und der Schleifsteine der feinetbearbeitungsgeräte von besonderer Bedeutung. Die Kurbelzapfenmitte

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• soll - Im Querschnitt gesehen - außerhalb der Verbindungslinie zwischen der Anlagestelle der Führungsrolle und der Schnittstelle des Feinstbearbeitungsgerätes liegen,, Hierbei kann die Schnittstelle des Feinstbearbeitungsgerätes vorzugsweise auf einer Radialen liegen, deren Winkelneigung zu der duroh die Kurbelzapfenmitte geführten Waagerechten in dem Bereich von etwa 35 bis 10° vorgesehen ist«, Durch eine solche Anordnung erzielt man einen hoch wirksamen Effekt für die Rundheitsverbesserung des Kurbelzapfens·

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.

Pig ο 1 zeigt die gesamte Einrichtung zur Feinstbearbeitung von umlaufenden Kurbelzapfen von Kurbelwellen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung für die Wasserlagenkorrektur in Ansioht sohematisoho

Fig. 2 stellt den Geräteträger für sioh mit der eingebauten Baueinheit für die Wasserlagenkorrektur in Ansicht dar«,

Fig. 3 und Fig. 4 sind Seitenansichten in Richtung der Pfeile III und IV auf den Geräteträger der Fig. 2.

Die dargestellte Vorrioiitung 1 zur Feinstbearbeitung der Kurbelzapfen 2 von Kurbelwellen 3 iat mit einer Halterung 4 versehen» die geeignet ist» der Kreisbewegung des Kurbelzapfens 2 um den Mitteliapfen 3 der Kurbelwelle in einer gleichförmigen Bewegung zu folgen· Ebenso ist die Zuführung der Energieleitungen wie: Preßluft» Drehstrom, Schmieröl und Kühlmittel bei dieser Anordnung vorteilhaft möglioh. An einem featstehenden Book

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ist eine Parallelführung vorgesehen, die sioh aus den beiden naoheinanderfolgenden Parallelogramm-Gestängen 6 und 7 zusammensetzt» Das Parallelogramm-Gestänge 6 ist bei 8 und 9 in dem Book 5 und bei 10 und 11 an einer Zwisohenplatte 12 drehbar gelagert, während dae Parallelgestänge 7 bis 13 und 14 an der Zwisohenplatte 12 und bei 15 und 16 an dem Geräteträger 17 schwenkbar gelagert ist·

Der Geräteträger 17 setzt sieh aus den Seitenplatten und 19 zusammen, die mittels der Distanzbolzen 20 fest miteinander verbunden sind. Der Geräteträger 17 dient zur Aufnahme der beiden Superfinish-Geräte 21 und 22, die über ein Zwischenstück 23 bzw. 24 an einer Transportvorrichtung 25 und 26 angebracht sind· Diese Transport vorrichtungen 25 und 26 sind als Schlitten ausgebildet, die längs einer querverlaufenden Spindel 27 bzw· 28 quer, d.h'· in Achsrichtung des Kurbelzapfens verschiebbar sind· I' :„ Geräteträger 17 stützt sich auf dem zu bearbeitenden Ku^fo^lisapfen 2 mittels der beiden in Kugellager geführten Iführungsrollen 29 und 30 ab, die mit ihren Achsen in den Seitenplatten 18 und 19 gelagert sind.

Zur Durchführung der Wasserlagenkorrektur, d,h· der Parallelität der Achse des Kurbelzapfens mit der Achse der Mittelzapfen der Kurbelwelle, dient eine zusätzliche Schleifvorrichtung 31, die als angetriebene Sohleifwalze 32 ausgebildet ist. Die Schleifwalze 32 ist mit ihrer Achse 33 in der bügeiförmigen Halterung 34 gelagert, welche mit einer querlaufenden Platte 35 verbunden ist. Die leile 34 und 35 mit der Sohleifwalze 32 bilden eine starre Einheit, die um die Achse

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schwenkbar gelagert ist« Auf der Platte 35 ist mitten über der Schleifwalze 32 eine Libelle 37 bzw. ein Libellensatz angeordnet, von der eine elektronische Steuerung abgeleitet wird* Die Hatte 35 mit den Ansätzen 35a ist mittels Kegelrollenlager 38 zu der Sohleifträgerplatte 39 drehbar gelagert, mit der die Platte 40 fest verbunden ist_f welche das Gehäuse 41 für das Kegelrollenlager 38 trägt· Mit der Querplatte

35 ist eine Stange 42 fest verbundene Am oberen Ende der Stange 42 befindet sich der Gelenkstangenkopf 42a, der mittels eines Kugelgelenkes 43 mit einer Gewindespindel 44 zusammenarbeitet. Zum Antrieb der Gewindespindel 44 dient ein Schrittmotor 45, der über Zahnräder 46 und 47 die Welle 48 und damit die Spindel dreht. Dadurch kann die Schleifwalze 32 und die Achse

36 in Abhängigkeit von der Stellung der libelle 37 i*¹ eine Parallelage zu der Aohse des Mittelzapfens der Kurbelwelle gebraoht werden* Die Winkelstellung der Schleifwalze wird durch den Sehrittmotor gehalten und gesichert»

Schleifwalze 32, Libelle 37, die Schwenkvorrichtung bis 48 zusammen mit der Sohleifträgerplatte 39 und der Zwischenplatte 40 stellen eine Baueinheit dar, die sich innerhalb des Geräteträgers 17, d.h, zwischen den Seitenplatten 18 und 19, befindet· Diese Baueinheit kann innerhalb des Geräteträgers 17 in Höhenrichtung verstellt werden, und zwar mittels einer Hubvorrichtung 49* An der Seitenplatte 18 ist eine Mutter 50 mittela der Halter 51 befestigt. In diese Mutter 50 greift eine Gewindespindel 521 die Über die Zahnräder 53 und 54 mittels eines Schrittmotors 55 angetrieben wird. Die Halterung 56 für den Schrittmotor ist an der Schleifträgerplatte 39 fest angebraoht. Die Sohleifwalze 32 kann mittele des Schrittmotors 55 an den au

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bearbeitenden Kurbelzapfen 2 herangeführt werden, Die in der Höhe verstellbare Baueinheit ist an den vertikalen Gleitführungen 61 und 62 geführt, die als Rolltische ausgebildet sein können.

Zum Abrichten des Sohmirgelbezuges der Sohleifwalze 32 dient eine Abrieht vor richtung 57· I¹Ur die Einstellung der Superfinish-G-eräte 21 und 22 und der "Sohleifwalze 32 sind in der horizontalen Mittelebene des Kurbelzapfens 2 diametral angeordnete Taster 58 vorgesehen, welche mit einer elektronischen Meßeinrichtung verbunden sind. Die Steuersohränke 59 und 60 der gesamten Vorrichtung sind zweckmäßig auf einer Konsole, z_eB» an dem Untersupport einer Drehbank, montierte

lür die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Gerätes wird die Kurbelwelle auf zum Beispiel einer Spitzendrehbank mit den Mittellagerzapfen in die Wasserlage Hull gebracht· Jeder Mittelzapfen erhält eine Iiünettenlagerung, so daß praktisch für die Bearbeitung eine betriebsmäßige Kurbelwellenl&gerung vorliegt« Der Geräteträger 17 wird mittels der Mhrungsrollen 29, 30 auf den zu bearbeitenden Kurbelzapfen 2 aufgesetzt· Die Kurbelwelle wird hierbei beispielsweise mit zwei Umdrehungen/min» gedreht* Durch die parallele Gelenkführung 4 ist es möglich, den Geräteträger 17 mit einer gleichförmigen Geschwindigkeit zwischen dem Kurbelzapfen 2 und der Schleifwalze 32 bzw. den Superfinish-Geräten 21 und 22 zu führen· Jede ungleichförmige Bewegung durch eine andere ortsfeste lagerung wird die Rundheit des Zapfens durch ungleichmäßige Abtragung nur verschlechtern. Die Sohleifwalze 32 wird mittels des Schrittmotors 55 an den zu bearbeitenden Kurbelzapfen 2 über den Eollentisoh 50

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- herangeführte. Die Libelle 37 ermöglicht über eine elektronische Steuerung, daß die Schleifwalze 32 bei umlaufender Kurbelwelle ständig in Wasserlage Null gehalten wird_o Der weitere Schrittmotor 45 betätigt mittels der Übersetzung 46» 47 die G-enauigkeitsspindel 44» mittels der und der Verbindungsstange 42 die Sohleifwalze 32 über die Drehlagerung 38 in die ge-r wünschte NuIl-Lage gebracht wirdo Die Schleifwalze wird mittels eines eingebauten Drehstrom-Außenläufermotors angetrieben. Durch den Schleifvorgang mittels der Schleifwalze 32 wird die Wasserlage des Kurbelzapfens 2 korrigiert» Mittels der Superfinish-G-eräte 21 und 22 wird die Oberflächengüte des Kurbelzapfens bis auf etwa 2/1000 und der Traganteil des Kurbelzapfens auf über 90$ verbesserte Mittels der Schleif walzen wird die Schräglage des Kurbelzapfens, die im Bereich von etwa 0,24 mm/m bis 0,08 mm/m liegen kann, abgetragene Die Einrichtung kann auch bei eingebauten Kurbelwellen im Reparaturbetrieb eingesetzt werden. Zu diesem Zweok wird die Kurbelwelle mit der am Motor vorgesehenen Drehvorrichtung mit oa# 1/3 Umdrehung/min_o gedreht» Die Wasserlage Null wird dabei mit einer elektronischen Differential-Wasserwaage, welche die Schräglage des Sohiffskörpera im Wasser berücksichtigt, korrigiert bzw_e gehaltene

Zur Ausführung einer optimalen Rundheitsverbesserung an dem Kurbelzapfen sind die leinstbearbeitungsgeräte 21 und 22 in Bezug auf die Führungsrolle» 29 und 30 so an dem Kurbelzapfen anzusetzen, daß die Kurbelzapfenmitte 2a - im Querschnitt geseheio. - außerhalb der Verbindungslinie 63 zwischen der Anlage stell ei einer Führungsrolle 29» 30 und der Schnittstelle

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bzw« 22a der Eeinstbearbeitungsgeräte 21 bzw· 22 zu liegen kommt«. Der Winkel 64 zwischen der Eadialen 65 und der duroh die Kurbelzapfenmitte geführten Waagerechten 66 liegt vorteilhaft in dem Bereich von etwa 35 bis 1O°_e Bei einer solchen Anordnung der Beinstbearbeitungsgerate im Verhältnis zu den Itihrungsrollen 29» 30 erhält man eine runde Werkstücksform mit den geringsten Toleranzen bei dem zu bearbeitenden Kurbelzapfen

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Claims (7)

1. Ansprüche

   nj Vorrichtung zur Feinstbearbeitung von umlaufenden Kurbelzapfen von Kurbelwellen durch mindestens ein leinstbearbeitungsgerät, dessen Iräger an einer Halterung hängend und planparallel verschiebbar angeordnet und mittels Rollen an dem Kurbelzapfen abgestützt ist| dadurch gekennzeichnet» daß dem Feinstbearbeitungsgerat (21,22) eine Schleifvorrichtung (31) für den Kurbelzapfen (2) zugeordnet ist, die in Abhänigigkeit von einer Libelle (37), vorzugsweise als elektronische Wasserwaage, in Parallellage zu der Achse der Kurbelwellen-Mttelzapfen steuerbar ist«
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifvorrichtung (31) eine angetriebene Schleifwalze (32) aufweist und um eine die Walzenachse (33) querverlaufende Drehachse (36) schwenkbar gelagert ist, und daß diese Schwenkbarkeit durch die libelle (37) regelbar ist·
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Libelle (37) in der durch die Schleifwalzenachse (33) geführten Senkrechtebene oberhalb der querver lauf end en Schwenkachse (36) angeordnet ist.
4. 4* Vorrichtung nach einem dar Ansprüche 1 bis 3* daduroh,-gekennzeiehnet* daß mit dam die Sohleifwalze (32) tragenden Schwenkgestell (34, 35) eine Stange (42) verbunden ist| die mittels einer von einem Schrittmotor (45) angetriebenen und am freien Stangenende (42) angreifenden Gewindespindel (44) bewegbar ist.

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5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Schleifwalze (32), Libelle (37) und Schwenkvorrichtung (35, 42, 45) und die diese Seile haltende Schleifträgerplatte (39) eine Baueinheit bilden, die au dem Geräteträger (17) in.Höhenrichtung verstellbar isto
6. 6» Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit (32 bis 45) mittels eines Schrittmotors (55) und einem Rollentisch (50) zu dem Kurbelzapfen (2) zustellbar ist·
7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit (32 bis 45) am Geräteträger (17) zwischen den längs dew Kurbel-

   '·. Zapfens (2) verschiebbaren, die Peinstbearbeitungsgeräte.(21_f 22) tragenden (ßranaportsohlitten (25, 26)

   ι angeordnet ist»

   8» Vorrichtung, insbesondere naoh einem der Ansprüche 1 bis 7f bei der zwei Rollen jaur Abstützung auf dem Kurbelzapfen dienen und mindestens ein IPeinstbearbeitungsgerät auf der gegenüberliegenden Seite am Kurbelzapfen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelzapfenmltte (2a) - im Querschnitt gesehen außerhalb der Verbindungslinie zwischen Anlagestelle und Führungsrolle (29,30) und Schnittstelle (2ta, 22a) . des leirtstbearbeitungsgerätes (21, 22) liegt«

   9· Vorrichtung nach Anspruoh 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittstelle (21a,22a) des Seinstbearbeitungsgerätee (21_f22) auf einer Radialen (65) liegt, deren

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   Winkelneigung zu der durch die Kurbelzapfenmitte (2a) geführten Waagerechten (66) in dem Bereioh von etwa 35 bis 10° vorgesehen ist·

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